Porosity in polymer matrix composites increases rapidly during thermochemical decomposition at high temperatures. The generation of pores reduces elastic moduli and failure strengths of composite materials, and gas pressures in internal pores influence thermomechanical behaviors. In this paper, micromechanical finite element analysis is carried out by using two-dimensional representative volume elements for unidirectionally fiber-reinforced composites with porous matrix. According to the state of the pores, effective elastic moduli, poroelastic parameters and failure strengths of the overall composites are investigated in detail. In particular, it is confirmed that the failure strengths in the transvers and through-thickness directions are predicted much more weakly than the strength of nonpored matrix, and decrease consistently as the porosity of matrix increases.
The paper aims to analyze the behaviour of torsional type surface waves propagating through fluid saturated inhomogeneous porous media clamped between two inhomogeneous anisotropic media. We considered three types of inhomogeneities in upper anisotropic layer which varies exponentially, quadratically and hyperbolically with depth. The anisotropic half space inhomogeneity varies linearly with depth and intermediate layer is taken as inhomogeneous fluid saturated porous media with sinusoidal variation. Following Biot, the dispersion equation has been derived in a closed form which contains Whittaker's function and its derivative, for approximate result that have been expanded asymptotically up to second term. Possible particular cases have been established which are in perfect agreement with standard results and observe that when one of the upper layer vanishes and other layer is homogeneous isotropic over a homogeneous half space, the velocity of torsional type surface waves coincides with that of classical Love type wave. Comparative study has been made to identify the effects of various dimensionless parameters viz. inhomogeneity parameters, anisotropy parameters, porosity parameter, and initial stress parameters on the torsional wave propagation by means of graphs using MATLAB. The study has its own relevance in connection with the propagation of seismic waves in the earth where fluid saturated poroelastic layer is present.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Computers and Concrete
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v.22
no.5
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pp.469-479
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2018
The Brazilian tensile strength of concrete samples is a key parameter in fracture mechanics since it may significantly change the quality of concrete materials and their mechanical behaviors. It is well known that porosity is one of the most often used physical indices to predict concrete mechanical properties. In the present work the influence of porosity shape on concrete tensile strength characteristics is studied, using a bonded particle model. Firstly numerical model was calibrated by Brazilian experimental results and uniaxial test out puts. Secondly, Brazilian models consisting various pore shapes were simulated and numerically tested at a constant speed of 0.016 mm/s. The results show that pore shape has important effects on the failure pattern. It is shown that the pore shape may play an important role in the cracks initiation and propagation during the loading process which in turn influence on the tensile strength of the concrete samples. It has also been shown that the pore size mainly affects the ratio of uniaxial compressive strength to that of the tensile one in the simulated material samples.
The effects of additional Mg content, the size and volume fraction of reinforcement phase on the mechanical properties of ceramic particle reinforced aluminium matrix composites fabricated by pressureless metal infiltration process were investigated. The hardness of $SiC_p/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the additive Mg content, while the bending strength of $SiC_p/AC8A$ composites increased with an increase in additive Mg content up to 5%. However, this decreased when the level of additive Mg content was greater than 5% due to the formation of coarse precipitates by excessive Mg reaction and an increase in the porosity level. The hardness and strength of the composites increased with decreasing the size of SiC particle. It was found that the composites with smaller particles enhanced the interfacial bonding than those with bigger particles from fractography of the composites. The hardness of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the volume fraction, however, the bending strength of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites decreased when the volume fraction of alumina particle was greater than 40% owing to the high porosity level.
The light harvesting efficiency is counted as an important factor in the power conversion efficiency of DSSCs. There are two measures to improve this parameter, including enhancing the dye-loading capacity and increasing the light trapping in the photoanode structure. In this paper, these tasks are addressed by introducing a macro-porous silicon (PSi) substrate as photoanode. The effects of the novel photoanode structure on the DSSC performance have been investigated by using energy dispersive X-ray spectroscopy, photocurrent-voltage, UV-visible spectroscopy, reflectance spectroscopy, and electrochemical impedance spectroscopy measurements. The results indicated that bigger porosity percentage of the PSi structure improved the both anti-reflective/light-trapping and dye-loading capacity properties. PSi based DSSCs own higher power conversion efficiency due to its remarkable higher photocurrent, open circuit voltage, and fill factor. Percent porosity of 64%, PSi(III), resulted in nearly 50 percent increment in power conversion efficiency compared with conventional DSSC. This paper showed that PSi can be a good candidate for the improvement of light harvesting efficiency in DSSCs. Furthermore, this study can be considered a valuable reference for more investigations in the design of multifunctional devices which will profit from integrated on-chip solar power.
In this investigation, study of the bending response of functionally graded (FG) porous plates is presented using a cubic shear deformation theory. The properties of the FG-plate vary according to a power-law distribution which is modified to approximate material characteristics for considering the effect of porosities. The equilibrium equations are derived by using the principle of virtual work and solved by using Navier's procedure. Various numerical results are discussed to demonstrate the influence of the variation of the power index, the porosity parameter and the geometric ratios on the bending response of FG porous plates.
A batch mixture was prepared as 16mol% CaO-84mol% $ZrO_2$ of regeant-grade powder. The monoclinic Zirconia powder had an average particle size of $9.24 \mu\textrm{m}$ and calcium carbonate powder had a reported purity of 99.7 weight percent and mean particle size of TEX>$24, 37<\mu\textrm{m}$. The specimens were fired at 1400, 1500, 1650 and $1750^{\circ}C$ for 0. 3, 5 and 7 hours respectively. After fired the specimens were investigated using Scaning electron microscopy. Density Porosity Compressive strength Modulus of rupture and Thermal expansion were measured X-ray diffration analysis was also carried out. The results are as follows ; 1) As the firing temperature or soaking time was increased firing linear shrinkage apparent density compressive strength and modulus of rupture increased but apparent porosity decreased, 2) Cubic and monoclinic Zirconia was found at $1400^{\circ}C$ and cubic Ziconia found above $1500^{\circ}C$ 3) The specimens fired at 140$0^{\circ}C$ without soaking display thermal expansion curves by monoclinic〓tetragonal transformation and no tranformation was found at $1400^{\circ}C$ for 5hrs and above $1500^{\circ}C$. 4) The lattice parameter had constant value of 5.1345 $\AA$ through all the ranges of firing temperature 5) The higher the firing temperature was or the longer the soaking time was the larger the grain size was.
Chloride diffusivity of concrete is a crucial material parameter for service life determination and durability designing of marine concrete. Many research works on this issue have been conducted, varying from empirical solutions obtained experimentally to image analysis, based on multi-scale modeling. One of the simple approaches is to express the chloride diffusivity of concrete by a multi-factor function, however, the influences of various factors on the chloride diffusivity are ambiguous. Furthermore, the majority of these research works have not dealt with the carbonation process of concrete, although this process affects the chloride diffusivity of concrete significantly. The purpose of this study is to establish a simple approach to calculate the chloride diffusivity of (non)carbonated concrete. The chloride diffusivity of concrete should be defined, based on engineering and scientific knowledge of cement and concrete materials. In this paper, a lot of parameters affecting the chloride diffusivity, such as the diffusivity in pore solution, tortuosity, micro-structural properties of hardened cement paste, volumetric portion of aggregate, are taken into consideration in the calculation of the chloride diffusivity of noncarbonated concrete. For carbonated concrete, reduced porosity due to carbonation is calculated and used for calculating the chloride diffusivity. The results are compared with experimental data and previous research works.
Yazdani, Raziye;Mohammadimehr, Mehdi;Zenkour, Ashraf M.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.1
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pp.93-109
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2019
In the present study, vibration analysis of double bonded micro sandwich cylindrical shells with saturated porous core and carbon/boron nitride nanotubes (CNT/BNNT) reinforced composite face sheets under multi-physical loadings based on Cooper-Naghdi theory is investigated. The material properties of the micro structure are assumed to be temperature dependent, and each of the micro-tubes is placed on the Pasternak elastic foundations, and mechanical, moisture, thermal, electrical, and magnetic forces are effective on the structural behavior. The distributions of porous materials in three distributions such as non-linear non-symmetric, nonlinear-symmetric, and uniform are considered. The relationship including electro-magneto-hydro-thermo-mechanical loadings based on modified couple stress theory is obtained and moreover the governing equations of motion using the energy method and the Hamilton's principle are derived. Also, Navier's type solution is also used to solve the governing equations of motion. The effects of various parameters such as material length scale parameter, temperature change, various distributions of nanotube, volume fraction of nanotubes, porosity and Skempton coefficients, and geometric parameters on the natural frequency of double bonded micro sandwich cylindrical shells are investigated. Increasing the porosity and the Skempton coefficients of the core in micro sandwich cylindrical shell lead to increase the natural frequency of the structure. Cylindrical shells and porous materials in the industry of filters and separators, heat exchangers and coolers are widely used and are generally accepted today.
This article focuses on the study of the buckling behavior of two-dimensional functionally graded (2D-FG) nanosize tubes, including porosity, based on the first shear deformation and higher-order theory of the tube. The nano-scale tube is simulated using the nonlocal gradient strain theory, and the general equations and boundary conditions are derived using Hamilton's principle for the Zhang-Fu's tube model (as a higher-order theory) and Timoshenko beam theory. Finally, the derived equations are solved using a numerical method for both simply-supported and clamped boundary conditions. A parametric study is performed to investigate the effects of different parameters, such as axial and radial FG power indices, porosity parameter, and nonlocal gradient strain parameters, on the buckling behavior of the bi-dimensional functionally graded porous tube. Keywords: Nonlocal strain gradient theory; buckling; Zhang-Fu's tube model; Timoshenko theory; Two-dimensional functionally graded materials; Nanotubes; Higher-order theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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